CN214626449U - 一种基于储能电源的过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及开关电源技术领域，公开了一种安全性较高且输出充电电流稳定的基于储能电源的过压保护电路，具备：取样电路的一端与电源的一输出端连接，用于获取充电时的电流信号，并将电流信号转换为电压信号；控制器，其设有阈值信号，其采样端耦接于取样电路的另一端，用于接收电压信号；控制器将电压信号与阈值信号进行比较，并根据比较结果输出脉冲电平；开关电路，其输入端与控制器的输出端连接，用于接收脉冲电平；当电压信号大于阈值信号时，控制器输出的脉冲电平为高电平信号，高电平信号用于关闭开关电路。

Description

一种基于储能电源的过压保护电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，更具体地说，涉及一种基于储能电源的过压保护电路。

背景技术

开关电源作为线性稳压电源的一种替代物出现，其应用与实现日益成熟。目前，电子设备要求开关电源有更小的体积和更低的噪声干扰，以便实现集成一体化。然而，现有的开关电源在非隔离拓扑结构下输出电压和功率不高，且电路出现异常(过压、过流或短路时)，其控制开关管断开出现延时，导致电路或电池被尖峰电流或过压烧坏。

因此，电路出现异常时，如何迅速关闭开关管以保证电池或电路运行的安全性成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电路出现异常(过压、过流或短路时)，其控制开关管断开出现延时，导致电路或电池被尖峰电流或过压烧坏的缺陷，提供一种安全性较高且输出充电电流稳定的基于储能电源的过压保护电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于储能电源的过压保护电路，具备：

一取样电路，其配置于过压保护电路内，其一端与电源的一输出端连接，用于获取充电时的电流信号，并将所述电流信号转换为电压信号；

一控制器，其设有阈值信号，其采样端耦接于所述取样电路的另一端，用于接收所述电压信号；

所述控制器将所述电压信号与所述阈值信号进行比较，并根据比较结果输出脉冲电平；

一开关电路，其输入端与所述控制器的输出端连接，用于接收所述脉冲电平；

当所述电压信号大于所述阈值信号时，所述控制器输出的所述脉冲电平为高电平信号，所述高电平信号用于关闭所述开关电路。

在一些实施方式中，所述取样电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述电源的一输出端连接，

所述第一电阻的另一端与所述控制器的采样端连接。

在一些实施方式中，所述开关电路包括第一三极管及第十一电阻，

所述第一三极管的基极通过所述第十一电阻与所述控制器的输出端连接，

所述第一三极管的发射极与所述电源的另一输出端连接，

所述第一三极管的集电极通过第一电感与电池的正极连接。

在一些实施方式中，所述第一三极管为PNP型三极管。

在一些实施方式中，还包括输出电压反馈电路，所述输出电压反馈电路的一端与所述控制器的同相端连接，

所述输出电压反馈电路的另一端耦接于与所述控制器的反相端。

在一些实施方式中，所述输出电压反馈电路包括第二电阻、第三电阻、第二电容及第四电阻，

所述第二电阻的一端与电池的正极连接，所述第二电阻的另一端耦接于所述控制器的同相端，

所述第三电阻与所述第二电容串联连接后再与所述第四电阻并联连接，

所述第二电容及所述第四电阻的一端耦接于所述控制器的反相端，

所述第三电阻的一端与所述控制器的补偿端连接。

在一些实施方式中，还包括第一二极管及第六电容，

所述第一二极管与所述第六电容并联连接，

所述第一二极管的阴极及所述第六电容的一端与电池的正极连接，

所述第一二极管的阳极及所述第六电容的另一端与电池的阴极连接。

在本实用新型所述的基于储能电源的过压保护电路中，包括用于获取充电时的电流信号，并将电流信号转换为电压信号的取样电路、控制器及开关电路，控制器设有阈值信号，其采样端耦接于取样电路的另一端，用于接收电压信号；控制器将电压信号与阈值信号进行比较，并根据比较结果输出脉冲电平；开关电路用于接收脉冲电平；当电压信号大于阈值信号时，控制器输出的脉冲电平为高电平信号，高电平信号用于关闭开关电路。与现有技术相比，通过设置获取充电时的电流信号的取样电路及控制器，控制器根据取样电路反馈的信号与其内置的阈值信号进行比较，再根据比较的结果控制开关电路的通/断状态，进而解决现有的开关电源出现异常(过压、过流或短路时)，其控制开关管断开出现延时，导致电路或电池被尖峰电流或过压烧坏的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型提供的基于储能电源的过压保护电路一实施例的电路原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，在本实用新型的基于储能电源的过压保护电路第一实施例中，基于储能电源的过压保护电路100包括取样电路、控制器U101、反馈信号处理电路101、输出电压反馈电路102及开关电路103。

具体地，取样电路配置于过压保护电路内，取样电路的一端与电源的一输出端(对应VIN-端)连接，其用于获取电路对电池进行充电时的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，然后反馈至控制器U101。

控制器U101作为过压保护电路的核心，用于控制开关管的导通与截止，其中，在控制器U101内部设有一个+5V的参考电压(对应阈值信号)，用作两路比较器(控制器U101内部)的反相参考电压。

进一步地，控制器U101的采样端(对应14脚)耦接于取样电路的另一端，用于接收取样电路反馈的电压信号。

控制器U101将该电压信号与阈值信号进行比较，并根据比较结果输出控制开关电路103通/断状态的脉冲电平。

开关电路103用于控制电池的充电电流。

具体地，开关电路103的输入端与控制器U101的输出端(对应9脚)连接，用于接收电压信号与阈值信号比较后输出的脉冲电平。

当电压信号小于阈值信号时，控制器U101输出的脉冲电平为低电平信号，该低电平信号用于控制开关电路103开启；

当电压信号大于阈值信号时，控制器U101输出的脉冲电平为高电平信号，该高电平信号用于关闭开关电路103。

举例而言，取样电路中采用0.1欧姆/1W的功率电阻作为采样电阻(对应第一电阻R101)，在电流过流点，采样电阻上的电压为0.1V，控制器U101的14脚用作采样端，因此，控制器U101的13脚的参考电压由Vref端(对应12脚)分压设定为0.15V，相比0.1V留有一定余地，当采样电压(或反馈信号)高于设定值时，控制器U101将输出关闭开关电路103工作的高电平，并停止输出脉冲信号，实现过压保护。

需要说明的是，过压保护还与控制器U101的补偿端(对应3脚)的控制信号有关，根据对该引脚的功能分析，选择积分反馈电路，使得降压电路在空载或过载时，补偿端的电压始终在正常范围(0.5V-3.5V)之内。

使用本技术方案，通过设置获取充电时的电流信号的取样电路及控制器U101，控制器根据取样电路反馈的信号与其内置的阈值信号进行比较，再根据比较的结果控制开关电路的通/断状态，进而解决现有的开关电源出现异常(过压、过流或短路时)，其控制开关管断开出现延时，导致电路或电池被尖峰电流或过压烧坏的问题。

在一些实施方式中，为了提高获取电流信号的准确度，可在取样电路中设置第一电阻R101，其中，第一电阻R101用于获取充电时的电流信号，并将该信号转换为电压信号。

具体地，第一电阻R101的一端与电源的一输出端(对应VIN-端)连接，

第一电阻R101的另一端通过反馈信号处理电路101与控制器U101的采样端(对应14脚)连接。

具体地，反馈信号处理电路101的一端与第一电阻R101的一端连接，反馈信号处理电路101的另一端耦接于控制器U101的采样端。

即，第一电阻R101获取的电流信号经反馈信号处理电路101处理后反馈至控制器U101的采样端，然后与其内设的阈值信号进行比较，再根据比较结果向开关电路103输出脉冲电平。

在一些实施方式中，为了提高电池在充电时的安全性，可在开关电路103中设置第一三极管VT101及第十一电阻R111，其中，第一三极管VT101为PNP型三极管，其具有开关的作用。

具体地，第一三极管VT101的基极通过第十一电阻R111与控制器U101的输出端(对应9脚)连接，第一三极管VT101的发射极与电源的另一输出端(对应VIN+端)连接，第一三极管VT101的集电极通过第一电感L101与电池的正极(对应BAT+端)连接。

具体而言，当第一电阻R101反馈的电流信号大于控制器U101的阈值信号时，控制器U101输出高电平信号，该高电平信号用于关闭第一三极管VT101，使得电源的另一端(对应VIN+)输出的电流被关闭。

在一些实施方式中，为了提高过压保护电路的性能，可在电路中设置输出电压反馈电路102，其中，输出电压反馈电路102的一端与控制器U101的同相端(对应1脚)连接，输出电压反馈电路102的另一端耦接于与控制器U101的反相端(对应2脚)。

进一步地，输出电压反馈电路102包括第二电阻R102、第三电阻R103、第二电容C102及第四电阻R104，其中，第二电阻R102的阻值选取为4.7K。

具体地，第二电阻R102的一端与电池的正极(对应BAT+端)连接，第二电阻R102的另一端耦接于控制器U101的同相端(对应1脚)。

第三电阻R103与第二电容C102串联连接后再与第四电阻R104并联连接，第二电容C102及第四电阻R104的一端耦接于控制器U101的反相端(对应2脚)，第三电阻R103的一端与控制器U101的补偿端(对应3脚)连接。

具体而言，控制器U101中的1脚和2脚的比较器(属于控制器U101)用作输出电压反馈，控制器U101中的13脚和14脚的比较器控制器U101用于检测负载(或电池)的电流是否过流或过压。控制器U101中的2脚通过一个反相电路接参考电压，降压输出反馈经一同相电路接控制器U101的1脚。当过压保护电路处于工作状态时，1脚和2脚的电压就会进行相互比较，控制器U101根据两者的差值调整输出波形脉宽，达到控制和稳定输出的目的。

其中，控制器U101输出脉冲波形的频率由引脚5的电容和引脚6的电阻值来确定，降压电路采用25KHz的波形频率。选择第五电容C105的CT值为1nF，第十电阻R110的RT值为47K。

在一些实施方式中，为了提高输出充电电流的稳定性，可在电路中设置第一二极管VD101及第六电容C106，其中，第六电容C106为输出滤波电容，其容值选取为100nF。

具体地，第一二极管VD101与第六电容C106并联连接，第一二极管VD101的阴极及第六电容C106的一端与电池的正极(对应BAT+端)连接，第一二极管VD101的阳极及第六电容C106的另一端与电池的阴极(对应BAT-端)连接。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种基于储能电源的过压保护电路，其特征在于，具备：

一取样电路，其配置于过压保护电路内，其一端与电源的一输出端连接，用于获取充电时的电流信号，并将所述电流信号转换为电压信号；

一控制器，其设有阈值信号，其采样端耦接于所述取样电路的另一端，用于接收所述电压信号；

所述控制器将所述电压信号与所述阈值信号进行比较，并根据比较结果输出脉冲电平；

一开关电路，其输入端与所述控制器的输出端连接，用于接收所述脉冲电平；

当所述电压信号大于所述阈值信号时，所述控制器输出的所述脉冲电平为高电平信号，所述高电平信号用于关闭所述开关电路。

2.根据权利要求1所述的基于储能电源的过压保护电路，其特征在于，

所述取样电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述电源的一输出端连接，

所述第一电阻的另一端与所述控制器的采样端连接。

3.根据权利要求1所述的基于储能电源的过压保护电路，其特征在于，

所述开关电路包括第一三极管及第十一电阻，

所述第一三极管的基极通过所述第十一电阻与所述控制器的输出端连接，

所述第一三极管的发射极与所述电源的另一输出端连接，

所述第一三极管的集电极通过第一电感与电池的正极连接。

4.根据权利要求3所述的基于储能电源的过压保护电路，其特征在于，

所述第一三极管为PNP型三极管。

5.根据权利要求1所述的基于储能电源的过压保护电路，其特征在于，

还包括输出电压反馈电路，所述输出电压反馈电路的一端与所述控制器的同相端连接，

所述输出电压反馈电路的另一端耦接于所述控制器的反相端。

6.根据权利要求5所述的基于储能电源的过压保护电路，其特征在于，

所述输出电压反馈电路包括第二电阻、第三电阻、第二电容及第四电阻，

所述第二电阻的一端与电池的正极连接，所述第二电阻的另一端耦接于所述控制器的同相端，

所述第三电阻与所述第二电容串联连接后再与所述第四电阻并联连接，

所述第二电容及所述第四电阻的一端耦接于所述控制器的反相端，

所述第三电阻的一端与所述控制器的补偿端连接。

7.根据权利要求1至6任一所述的基于储能电源的过压保护电路，其特征在于，还包括第一二极管及第六电容，

所述第一二极管与所述第六电容并联连接，

所述第一二极管的阴极及所述第六电容的一端与电池的正极连接，

所述第一二极管的阳极及所述第六电容的另一端与电池的阴极连接。

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